По основным конструктивным схемам дробилки разделяются на следующие типы.

Щековые, где камень дробится между двух плит, одна из которых неподвижна, а другая периодически приближается и отходит. При сближении происходит раздавливание каменного материала, а при отходе раздробленный камень проваливается в выходную Ш^ель1. Плиты имеют рифленую поверхность, ввиду чего раздавливание сочетается с изгибом. Иногда плиты не только сближаются, но и получают относительное параллельное перемещение. В этом случае каменный материал дополнительно еще истирается.

Конусные, где дробление каменного материала происходит в пространстве между двумя конусами. Внешний конус неподвижен, внутренний — вращается. При этом он посажен на вал эксцентрично или совершает круговые маятникообразные (гирационные) движения. Здесь происходит непрерывное раздавливание каменного материала, а при рифленых конусах также и его излом.

Валковые, где раздавливание камня происходит при проходе его через зазор между вращающимися навстречу друг другу валками или между валком и корпусом дробилки. В случае рифленых валков одновременно с раздавливанием происходит также раскалывание камня.

Ударного действия, где дробление камня происходит при Ударе о него молотков, как это имеет место в молотковых дробилках. В ударно-метательных дробилках, имеющих увеличенную камеру дробления, куски камня после удара о них молотков (билов) отбрасываются на колосниковую решетку или на отбойные плиты и рикошетируют от них.

Конструкции дробилок. Щековые дробилки относятся к машинам периодического действия. По характеру движения качающейся щеки различают дробилки с простым и сложным качанием щеки.

В случае дробилки с простым качанием щеки каждая точка последней движется по дуге окружности, описываемой вокруг оси. Здесь крутящий момент подводится к эксцентриковому валу. Подвешенный к этому валу шатун совершает качательные движения. При этом примыкающая к шатуну передняя распорная плита обеспечивает качательные движения подвижной щеки с укрепленной на ней дробящей плитой. При движении шатуна вверх упирающиеся в него концы распорных плит поднимаются, и подвижная щека сближается с неподвижной щекой, укрепленной на станине. При движении шатуна вниз плиты отходят друг от друга. При этом пружина оттяжного устройства возвращает щеку и не дает образоваться зазору между распорными плитами и шатуном с распорной щекой. Задняя распорная плита упирается в устройство, предназначенное для регулирования выходной щеки, а следовательно, и размера получаемого продукта.

Регулировочное устройство обычно состоит из переднего клина и регулировочного клина, который может быть подтянут или опущен винтом. Регулирование выходной щели в больших пределах производится заменой распорных плит.

С каждым нажимом подвижной щеки раздробленный камень опускается все ниже и наконец выпадает в выходную щель.

При сближении плит (рабочий ход) преодолеваются весьма большие сопротивления, а отход плит друг от друга (холостой ход) происходит в условиях весьма малых сопротивлений. Поэтому большое внимание должно быть обращено на получение необходимой равномерности хода-Для достижения последней на эксцентриковом валу устанавливаются два тяжелых маховика.

Отличительной особенностью дробилок со сложным качанием щеки служит различие траекторий точек подвижной щеки и шатуна. Здесь верхняя часть шатуна, на котором укреплена подвижная щека, посажена на эксцентриковый вал, а нижняя часть опирается на распорную плиту. Поэтому траектории точек шатуна, расположенных вблизи вала, приближаются к окружности, а точки, находящиеся вблизи распорной плиты, движутся по дуге окружности, описываемой, как из центра, из задней опорной точки распорной плиты. Промежуточные точки подвижной щеки движутся по овалам, которые по мере приближения к распорной плите становятся все более вытянутыми. Дробящая щека является неподвижной. Характер движения подвижной щеки создает своеобразные условия дробления, благодаря чему камень подвергается не только раздавливанию, но и истиранию. Поэтому эти дробилки предназначены для дробления нсабразивных горных пород с пределом прочности ниже 2500 кГ/см2, тогда как дробилки с простым качанием щеки могут дробить более прочные горные породы, в том числе и абразивные.

В последнее время появились дробилки с’двумя подвижными щеками (рис. 121), которые эксцентрично подвешены на двух приводных валах и совершают сложные качания. Валы дробилок соединены друг с другом зубчатыми колесами, поэтому движения щек происходят симметрично. Здесь устранен основной недостаток дробилок со сложным качанием щеки — большой износ нижней части дробящей плиты подвижной щеки, который имеет место вследствие значительного перемещения ее относительно неподвижной щеки.

При движении вниз щеки раскрываются и сообщают раздробленному материалу дополнительную скорость, что увеличивает производительность. В отличие от дробилок с одной подвижной щекой они представляют собой почти полностью уравновешенную систему.

Дробящие плиты устраиваются рифлеными, что способствует более эффективному разрушению каменного материала за счет его изгиба. При дроблении очень прочных пород плиты выполняются гладкими во избежание возникновения больших боковых давлений. Дробящую поверхность плиты часто делают выпуклой, что способствует выходу наиболее ценного щебня — кубовидной формы. Щебень удлиненной формы (ле-щадка) зесьма нежелателен, так как приготовленные на нем бетоны обладают низкой прочностью. Плиты небольших дробилок, предназначенных Для дробления сравнительно слабых пород камня с пределом прочности до 800 кГ/см2, изготавливаются из отбеленного чугуна, а в остальных случаях материалом для их изготовления служит марганцовистая сталь с содержанием марганца 12—14%. Плиты изнашиваются в основном в нижней части, поэтому они изготавливаются с расчетом возможности их поворота верхней, неизношенной частью вниз.

При попадании в дробилку недробимого предмета произойдет авария. Чтобы избежать поломки наиболее дорогих частей дробилки, например шатуна, устраиваются предохранительные детали, которые рассчитываются по уменьшенному на 30—40% запасу прочности. Предохранительные устройства должны быть расположены возможно ближе к месту возникновения усилий, т. е. подвижной щеке дробилки. Чаще всего предохранительной деталью служит распорная плита, которая разрушается после превышения определенного предела усилия.

Щековые дробилки маркируются по размерам в плане загрузочного отверстия.

Рис. 121. Дробилка с двумя подвижными щеками и сложным качанием щеки.

Размеры загрузочного отверстия находятся в пределах от 400 X 600 до 2100 X 2500 мм — для дробилок с простым качанием щеки и от 160 X 250 до 1200 X 1500 ММ —для дробилок со сложным качанием.

Конусные дробилки относятся к машинам непрерывного действия, т. е. они не имеют холостого хода и потому при прочих равных условиях в два раза производительнее щековых дробилок. По основной конструктивной схеме конусные дробилки разделяются на дробилки с крутым конусом и дробилки с пологим конусом.

Рис. 122. Дробилка с крутым конусом:
1 — нижняя часть станины; 2 — эксцентрик; 3 — средняя часть станины; 4 — броня; 5 — верхнее кольцо; 6 — корпус Дробящего конуса; 7 — броня; 8 — обойма верхнего подвеса; 9 — разрезная гайка; 10 — колпак; 11 — броня траверсы; 12 — траверса; 13 — вал дробящего конуса; 14, 15 — конические шестерни; 16 — корпус приводного вала; 17 — приводной вал; 18 — эксцентриковый стакан

Дробилки с крутым конусом (рис. 122) служат для крупного дробления. Дробящий конусзакреплен на главном вертикальном валу,верхний конец которого подвешен в траверсе, а нижний конец свободно входит в эксцентричное отверстие стакана. Вследствие этого вал дробящего конуса описывает коническую поверхность. Регулирование величины выходной кольцевой щели осуществляется гайкой, которая расположена в верхней части вала. Дробящий конус этих машин может быть насажен на эксцентричную втулку, вращающуюся относительно неподвижной оси. Здесь геометрическая ось дробящего конуса описывает
цилиндрическую поверхность. Дробилки с крутым конусом маркируются по наибольшей ширине загрузочного отверстия.

Дробилки с пологим конусом (рис. 123) предназначены в основном для мелкого и среднего дробления. Здесь нижний конец вала вставлен в высокий стакан-эксцентрик. Вертикальные составляющие усилий дробления, которые ввиду большого угла конуса весьма значительны, воспринимаются сферическим подпятником. При попадании недробимых предметов неподвижный конус за счет сжатия пружин приподнимается, что увеличивает выпускную щель, через которую и происходит удаление этого предмета. Дробилки характеризуются наличием зоны параллельности в нижней части конусов, благодаря которой щебень получается более равномерным по крупности. Здесь вал дробящего конуса представляет собой консоль, и его ось описывает коническую поверхность. Эти дробилки маркируются по диаметру нижнего основания дробящего конуса.

Рис. 123. Дробилка с пологим конусом:
1 — вал; 2 — стакан-эксцентрик; 3 — коническая шестерня; 4 — подвижный конус; 5 — пружины; 6 — не подвижный конус; 7 — опорное кольцо; 8 — кольцо регулирования выпускной щели; 9 – сферический подпятник; 10 — ведомая коническая шестерня

Валковые дробилки предназначены для мелкого дробления и могут быть с гладкими, рифлеными или зубчатыми валками. Их изготавливают с отдельным приводом каждого валка или с приводом только одного валка. В последнем случае вращение ко второму валку передается зубчатой передачей. Размер выпускной щели регулируется передвижением подшипников одного из валков. Подшипники упираются в пружины, которые предохраняют дробилку от’ поломки — при попадании недро-бимого предмета валки расходятся и предмет выпадает из дробилки. Подвижным устраивается один валок или оба валка. В последнем случае горизонтальные инерционные усилия уравновешиваются и работа дробилки становится более равномерной.

Молотковые дробилки относятся к машинам непрерывного действия. Они отличаются малым расходом энергии и могут быть с нормальным (300—2000 об/мин) и с повышенным (до 3000 об/мин) числом оборотов ротора. Окружная скорость молотков обычно 25—55 м/сек, а степень измельчения 10—15. Чем крупнее и прочнее каменный материал, тем большей должна быть скорость вращения ротора. Вес молотков колеблется от 3 до 150 кг. Более мелкое дробление щебня достигается постановкой большого количества небольших молотков. Молотки могут быть шарнирно и жестко укреплены на роторе. По числу роторов дробилки разделяются на однороторные (одновальные) и двухроторные (двухвальные). Молотки на роторе могут располагаться в одной плоскости (однорядные) и в нескольких плоскостях (многорядные). К. достоинствам дробилок относятся компактность конструкции, малый вес, высокие производительность и степень измельчения камня. К недостаткам следует отнести быстрый износ молотков, вследствие чего эти дробилки обычно применяют для дробления материалов, предел прочности которых не превышает 1000 кГ/см2.

Теории дробления. При проектировании дробилок требуется находить те сопротивления, которые возникают при дроблении камня. Процесс дробления, т. е. разрушения твердых тел, весьма сложен и поэтому, несмотря на то что он исследуется уже длительное время, изучен еще недостаточно. Для определения необходимой работы используются две гипотезы: поверхностная гипотеза Риттингера, выдвинутая в 1867 году, и объемная гипотеза В. Л. Кирпичева, разработанная в 1874 году.

Согласно гипотезе Риттингера «работа дробления прямо пропорциональна поверхности кусков продукта, полученной в процессе этой операции».

Согласно гипотезе В. Л. Кирпичева при прочих равных условиях «работа внутренних сил пропорциональна объемам подобных тел». Здесь имеются в виду линейно деформируемые тела.

Таким образом, из этой гипотезы следует, что «тела геометрически подобные имеют сопротивления пропорциональные квадратам их сходственных размеров». Эта гипотеза, в отличие от гипотезы Риттингера, позволяет определять численные значения работы дробления, и поэтому она применяется для практических расчетов. Как показали исследования, при крупном и среднем дроблении гипотеза В. Л. Кирпичева оказывается достаточно точной. При мелком дроблении, где величина вновь образуемой поверхности относительно велика, оказывается более точной поверхностная гипотеза Риттингера.

Механика дробилок. При проектировании дробилок необходимо найти требуемую для выполнения рабочего процесса мощность двигателя, проверить производительность, выбрать оптимальное число оборотов, а для расчета на прочность узлов и отдельных деталей — определить те максимальные усилия, которые развиваются при раздавливании камня. При анализе работы дробилки делается допущение, что куски питания и куски, получаемые в результате дробления (продукт дробления), имеют шарообразную форму, а в случае щековой дробилки принимается, что неподвижная щека вертикальна, а подвижная щека движется параллельно самой себе.

Механика дробилок разработана в трудах советских ученых — Л. Б. Левинсона, В. А. Баумана и др.

Для осуществления процесса дробления необходимо обеспечить захват исходного материала, т. е. камня, рабочими органами установки. На камень, сжимаемый между двумя щеками или валками, по нормали к поверхности этих щек или к касательным валков действуют сжимающие усилия Р, вертикальные составляющие которых стремятся вытолкнуть камень вверх. Выталкиванию препятствуют вертикальные составляющие развивающихся на поверхности контактов сил трения Р.

Рис. 125. Определение угла захвата в случае: а — щековой дробилки; б — валковой дробилки; в — конусной дробилки

Рис. 126. Схема к определению производительности дробилок:
а —щековой; б — конусной

Производительность дробилки определяется возможностями разгрузки ее от дробленого продукта. Если щека отходит на величину s (рис. 126, а), то за это время может выпасть заштрихованная на чертеже призма материала высотой h. Однако эта возможность может быть реализована лишь в случае, если время выпадения призмы будет меньше или равно времени отхода щеки. Очевидно, что максимальная производительность дробилки будет соответствовать равенству времени отхода щеки и выпадения призмы.